加工劣質(zhì)燃料油電脫鹽工藝研究

楊國濤，杭廣成，王 兵，孫志強，孫 凱

(寧波中金石化有限公司 原料部，浙江 寧波 315200)

寧波中金石化有限公司燃料油分離裝置采用的是低速交直流電脫鹽技術(shù)。該技術(shù)采用的電極是垂直懸掛式電極，其特點是極板間形成直流電場，極板底部與油水界面形成交流電場[1]。為了降低原料成本，提高公司經(jīng)濟效益，加工劣質(zhì)燃料油。劣質(zhì)燃料油存在密度大、粘度大、鹽含量高、酸值高等特點。加工劣質(zhì)燃料油時經(jīng)常造成電脫鹽電流升高，脫后原料油含鹽量含水量不合格，脫鹽排水油含量增加等問題[2-3]。為了解決這些問題，進行了一系列的研究分析，尋找到了經(jīng)濟有效的電脫鹽工藝條件。

1 工藝流程優(yōu)化

圖1 三級電脫鹽工藝原則流程示意圖

燃料油分離裝置設(shè)計采用典型三級交直流電脫鹽工藝流程，工藝原則流程示意圖如圖1所示。一級注水采用三級排水，二、三級注水采用汽提后的脫硫凈化水；一二三級均加注破乳劑。加工劣質(zhì)燃料油時脫后燃料油含鹽量、含水量超指標。三級排水含油量多數(shù)為300～800 mg/L，有時甚至明顯帶黑油，無法分析。針對這種情況優(yōu)化工藝流程如圖2所示。停三級注水和注破乳劑，一二級注水采用汽提后脫硫凈化水。同時一級注水量調(diào)整至8%，二級注水量調(diào)整至5%。電脫鹽排水含油量明顯好轉(zhuǎn)，3個月平均值小于50 mg/L。

圖2 優(yōu)化后三級電脫鹽工藝原則流程示意圖

2 工藝參數(shù)

2.1 電場強度

電脫鹽罐變壓器的電壓檔位分為5級，分別為13，16，19，22和25 kV。文獻[4]介紹電場強度存在一個臨界值，當場強小于臨界電場強度時，水滴受電凝聚作用，凝聚力隨著場強的增大而增大，有利于脫鹽脫水。當場強大于臨界電場強度時，水滴受電分散作用而破碎，發(fā)生乳化現(xiàn)象，不利于脫鹽脫水。因此，確定合適的電場強度對脫水脫鹽過程十分重要。需要根據(jù)原料油性質(zhì)和電脫鹽運行工況綜合考慮確定適宜的電場強度。優(yōu)化后加工劣質(zhì)燃料油時一二三級電脫鹽罐的電壓檔位分別為22，22和19 kV。

2.2 破乳劑選型和注入量

加工劣質(zhì)燃料油時一旦形成頑固的乳化層，將增加電場中介質(zhì)的導(dǎo)電性能，嚴重時會造成高壓電場短路或擊穿。破乳效果好的破乳劑，能使油水界面膜減薄，降低界面膜的穩(wěn)定性，減少水中帶油和油水乳化層的形成，消除罐內(nèi)乳化現(xiàn)象，達到最佳脫鹽、脫水效果。由于原料油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量不同，分子結(jié)構(gòu)及粘度不同，沒有廣譜性的破乳劑。因此對劣質(zhì)燃料油經(jīng)過破乳劑的評選，使用YS-RS1100型破乳劑。

在較低濃度時，破乳劑以單分子的形式分散在油水界面。它可以將乳化劑排擠掉，構(gòu)建成新的界面張力較低易破裂的界面膜，達到油水分離的狀態(tài)[5-7]。隨著破乳劑使用量的增多，破乳劑分子開始聚集成團簇，界面張力不再下降，脫鹽脫水率也達到最大。因此，破乳劑注入量有最佳值。加工劣質(zhì)燃料油時一級電脫鹽破乳劑的最佳注入量10 mg/kg，二級電脫鹽破乳劑的最佳注入量5 mg/kg，三級電脫鹽破乳劑可以停注以節(jié)約生產(chǎn)成本。

2.3 混合強度

混合強度是指油、水、破乳劑在混合閥和靜態(tài)混合器內(nèi)的混合程度，是通過混合閥和靜態(tài)混合器的壓力降形成的。混合強度不足，即壓力降小，造成混合程度不充分，從而不利于電脫鹽罐脫鹽。混合壓力降過大會產(chǎn)生難以破乳的頑固乳化液，一旦形成頑固乳化液，部分沒有脫出的水會造成脫后含水量超標。在不改變其他操作參數(shù)的情況下根據(jù)不同的壓差分析脫后燃料油含鹽量、含水量的變化。加工劣質(zhì)燃料油時，一二三級電脫鹽罐的混合強度分別為60，30和1 kPa。

2.4 沉渣沖洗頻次

通過沉渣沖洗及時將電脫鹽罐體內(nèi)沉積的固體顆粒等雜質(zhì)沖洗出罐體是非常重要的。如果不及時將這些雜質(zhì)沖洗出罐體，油水界位將受到限制，影響電場的穩(wěn)定和脫鹽排水含油量指標。沖洗時，目測排出電脫鹽罐的污水，如果電脫鹽罐內(nèi)正在沖洗沉積物，則污水看起來是臟的或渾濁的。沉積物沖洗應(yīng)操作到離開電脫鹽罐的水不再渾濁為止。根據(jù)此原則進行沉渣沖洗次數(shù)和間隔時間的確定。加工劣質(zhì)燃料油時每周二沖洗一次，可以根據(jù)工況適當增減沉渣沖洗頻次。

2.5 電脫鹽罐油水界位

電脫鹽罐內(nèi)油水界位必須保持與電極板有合適的距離。水位升高到電極區(qū)，電極就會發(fā)生短路。水位太低，可能造成脫鹽排水含油量超指標。另外，水位可以與罐內(nèi)極板的最下端形成弱電場，用來脫除原料油中較大的水滴。一旦油水界面出現(xiàn)較大的波動便會影響弱電場的穩(wěn)定，不利于脫水脫鹽。因此，電脫鹽油水界位的控制非常重要，射頻導(dǎo)納界位控制在50%～55%為宜。電脫鹽罐有5個觀察口，從下至上依次編號為①、②、③、④、⑤，理想的油水位界位控制在第③至④個觀察口位置之間。

3 結(jié)論

通過優(yōu)化三級交直流電脫鹽工藝流程，研究分析影響電脫鹽效果的主要因素，尋找到合適的加工劣質(zhì)燃料油工藝條件。一級注水由三級排水改為脫硫凈化水，停三級注水。一級電壓檔位22 kV，破乳劑注入量10 mg/kg，注水量8%，混合閥壓差60 kPa；二級電壓檔位22 kV，破乳劑注入量5 mg/kg，注水量5%，混合閥壓差30 kPa；三級電壓檔位19 kV，停注破乳劑和注水，混合閥全開。優(yōu)化后脫后原料油含鹽量小于3 mg/L，含水量小于0.5%，電脫鹽排水含油量小于50 mg/L。解決了加工劣質(zhì)燃料油的難題，為后續(xù)裝置安穩(wěn)長運行提供保障。